기획특집 스마트팩토리기술동향및추진전략 김병기이사 / 미라콤아이앤씨스마트팩토리사업부 awkbk.kim@miracom.co.kr 전세계적으로인더스트리 4.0 또는스마트팩토리가이슈화되고본격적으로추진된지몇년이지난시점이다. 세계적인제조강국인독일, 중국, 일본, 미국, 한국등지금스마트팩토리, 스마트매뉴팩처링이름은다르지만국가적인장기비전을수립하고미래산업을주도하기위하여치열한경쟁을하고있다. 스마트팩토리의완성된모습이조금은모호하고구체화되기에는시간이필요한것같지만, 결국에는최신 IT 기술을활용하여제조경쟁력을강화하고생산성을향상하기위한것임에는틀림없다. 미라콤은그동안이상적이고어려운스마트팩토리의모습을국내실정에부합되는구체적이고실천가능한추 3000 억이하 1 조이하 식음료 13% 기타 전기전자 31% 38% 31% 1 조이상 금속가공 18% 자동차부품 25% 5000 억이하 12% 19% [ 그림 1 : 업종별현황 ] [ 그림 2 : 매출액별현황 ] 90 계장기술
스마트팩토리기술동향및추진전략 진방법으로 2015년부터현재까지국내제조사에각종세미나와컨설팅으로소개하였고, 미라콤에서추진한스마트팩토리수준진단컨설팅결과는전체적으로가장많은고객사가전기전자업종으로 31% 을차지하고있고, 자동차부품업종이 25%, 금속가공 18%, 식음료 13% 이며, 각고객사들은업종별대표성을가질수있는제조사이다. 미라콤에서는국내제조기업의스마트팩토리수준진단컨설팅과정에서고객사실무진과경영진의인터뷰내용에대한분석을토대로국내스마트팩토리동향과추진전략을다음과같이제시한다. 1. 국내 Smart Factory 동향수준진단결과는모든부문에서평균적으로수작업단계를약간상회하는수준으로낮은생산데이터의수집자동화수준을유지하고있다. 물론중간수준을유 지하는기업도있었지만, 평균이낮다보니결과적으로낮은기초수준단계를머무는정도이다. 참고로선진사 ( 반도체 /FPD) 는중간2 수준을넘어분석자동화또는운전자동화수준이다. [ 그림 4] 는매출액기준으로업종별수준을비교해보았다. 수준진단컨설팅에는반도체 /FPD 기업은없지만글로벌경쟁력을유지하는반조체 /FPD 기업의특징은매출액이낮은기업도분석자동화또는운전자동화를유지하고있다는것이다. 전기전자업종은매출액이큰기업일수록작은기업과의수준차이가크게나고있으며, 나머지업종은매출액과큰차이를보이지않고있다. 자동차부품업종중에국내최고기업이통계에빠져있지만, 나머지기업과의차이가커서전기전자업종과유사하리라판단된다. [ 그림 5] 와같이수준진단결과의시사점은다음과같다. [ 그림 3 : 국내제조업스마트팩토리의수준진단 ] 2017. 3 91
스마트팩토리구현을위한추진전략과기술동향 3000 억이하 5000 억이하 1 조이하 1 조이상 L5 운전자동화 L4 분석자동화 L3 제어자동화 L2 수집자동화 L1 수작업 반도체 / FPD 전기전자자동차부품금속가공식음료 기타 [ 그림 4 : 매출액기준업종별수준분석 ] 3천억, 5천억수준의기업은제일먼저스마트팩토리의인프라부터구축을하여정보화단계 ( 수집자동화단계 ) 를구현한다. 유 / 무선 FA Network Infra 구축설비양방향인터페이스표준화실시간 Tracking 체계 MES 구축정보표준화프로세스표준화, 변화관리등에중점을두어야하며, 특히임직원에대한변화관리와교육에신경을써서스마트팩토리인력양성도심혈을기울여야한다. 데이터기반분석 / 모니터링프로세스로소통하고시스템으로업무를수행하며, 데이터로확인하는체계와임직원이스마트화되는과제를지속적으로수행하여전사적인목표에다가갈수있다. 마지막은데이터분석기반예측 / 지능형 Feedback 체계구축과현장상황에따른자동대응체계를이뤄끊임없는혁신체계를구축하는단계를제조지능화 ( 운전자동화단계 ) 단계라한다. 다음은 1조규모의기업은현재수준을기반으로단계적완성을추진해야하는과제가있으며, 한단계올라갈때마다전사적인노력과함께시간과비용이증가된다. 이단계를생산자동화 ( 제어, 분석자동화단계 ) 단계라한다. 설비 / 물류자동화 Domain-knowledge 시스템화 ( 개인의기술을조직의기술로전환 ) 2. Smart Factory 추진전략스마트팩토리추진전략을스마트팩토리수준진단컨설팅을하면서최고경영진에게가장많이들었던주요질의내용 3가지는다음과같다. 스마트팩토리는 MES를구축하는것인가? 스마트팩토리를구축하기위하여어떤것부터해 92 계장기술
스마트팩토리기술동향및추진전략 운전자동화 양방향 ( 관계, 지능 ) 양방향 ( 속도 ) 제조지능화 (Optimization) 끊임없는혁신체계구축 데이터분석기반예측 / 지능형 Feedback 체계구축현장상황자동대응체계구축 분석자동화 제어자동화 양방향 ( 논리 ) 양방향 ( 연계 ) 생산자동화 (Automation Analytics) Smart Factory 단계적완성 설비 / 물류자동화 Domain-knowledge 시스템화데이터기반분석 / 모니터링프로세스로소통, 시스텡으로업무수행, 데이터로확인 1 조이상 1 조이하 수집자동화 수기입력 / 분석 단방향 Interface 부재 정보자동화 (Connectivity) Smart Factory Infra 구축 유 / 무선 FA Network Infra 구축설비양방향인터페이스표준화실시간 Tracking 체계 MES 구축정보표준화프로세스표준화, 변화관리 5,000 억이하 3,000 억이하 [ 그림 4 : 매출액기준업종별수준분석 ] 야하나? 스마트팩토리를구축하면생산성 / 원가절감 / 인력감축등이가능한가? 위질문 3가지에대한답변을하는것으로스마트팩토리추진전략에대하여소개를한다. 1) 스마트팩토리는 MES를구축하는것인가? 답변은 MES는스마트팩토리를구축하기위한핵심 Infra 이며스마트팩토리의시작은 MES을중심으로단계적추진을권장한다. 이다. [ 그림 6] 을보면스마트팩토리는 Level 0단계의 IIoT 센서와설비에서부터 Level 4의 PLM/ERP/SCM 까지수직통합과제조 Value Chain의 R&D부터생산에서유통까지의수평통합까지의범위로기존 MES의영역인생산의범주를더욱깊고, 넓게확장시켰다. 스마트팩토리용어자체도공장의의미가강하듯이가장 기본적으로 [ 그림 6] 의오른쪽부분과같이 Real-time Tracking 체계의 MES을중심으로표준화기반의양방향통신체계를정의하여설비 / 물류자동화와함께지능화를단계적으로추진하기를권장한다. 2) 스마트팩토리를구축하기위하여어떤것부터해야하나? 두번째문의사항의답변은 Smart Factory 수준진단을기반으로단계적구축전략수립과임직원변화관리를추진한다. 이다. 즉, 현재 As-Is를정확히파악하여단계적발전전략과함께임직원교육및변화관리에도힘을써라라는의미다. 임직원의변화관리는중요한요소로서스마트팩토리를구축하려는기업이간과해서는안된다. 그이유는스마트팩토리는최신 ICT 기술을접목하여구축되며, 결국은사람에의하여구축되고, 운영이될수밖에없기때문에기술적변화와이기술의활용의변화에대하여임직원또한변화 2017. 3 93
스마트팩토리구현을위한추진전략과기술동향 Process 구분 ERP/SCM 환경 Infra R&D, 설계생산기술 공급망생산반송포장물류 시스템에의한지능화 Level 4 수평통합 (Value Chain Optimization) APS Analytics Data Visualization EAM FMS Factory MES Level 3 SCADA HMI Level 2 PLC Level 1 Sensors Level 0 수직통합 (Automation) 환경안전 Process 설비 I/F 설비자동화자동화센서 IoT 센서 APS : Advanced Planning & Scheduling EAM : Equipment Asset Management FMS : Facility Management System 가시화 Inline Packing 물류지능화물류센서 Advanced MES Warehouse 창고자동화 Factory Floor Logistics Real-time Tracking Manufacturing Execution Systems 표준화기반의양방향통신체계설비 / 물류자동화 [ 그림 6 : 스마트팩토리의범위및 Layer] 가되어야최고의스마트팩토리를구축할수있다. 다음으로중요한부분이업무프로세스및시스템의표준화이다. MESA(Manufacturing Enterprise Solutions Association) 는공장이스마트해지길원하면표준화를하라! 라고가이드를한다. 업무프로세스와시스템측면의표준화의중요성에대하여강조를한다. 특히아래 3가지는스마트팩토리를구축하기위하여표준화가반드시필요하다. 양방향통신표준화 : 스마트팩토리의지능화한다는것은각종데이터를수집하고해석하여판단결과를설비나사람에게피드백하기위하여상호간의통신체계의표준화는반드시필요하다. 제조 ID 자동인식표준화 : 자재, 반제품, 완제품의개별인식또는 Lot 단위의추적을위하여바코드또는 RFID 등을활용한고유번호의자동인식체계가필요하다. 용기 ( 매거진, 트레이, 대차, 케리어, 웨건등 ) 표준화 : 설비또는공정간의자재, 반제품, 제품의이동에필요한용기의표준화도설비 / 물류자동화를위하여 꼭필요한부분이다. 이러한내용을기반으로스마트팩토리추진과제를도출하고단계적구현전략을수립한다. 그리고가장먼저스마트팩토리인프라를구축하여정보자동화를구현하고, 만일정보자동화가구축되어있다면스마트팩토리의설비 / 물류자동화등생산자동화를구현하고, 마지막에는끊임없는혁신체계구축으로제조지능화와최적화를이룰수있다. 3) 스마트팩토리를구축하면생산성, 원가절감, 인력감축등이가능한가? 세번째문의사항의답변은공정 / 설비에서발생하는모든 Tracking 정보기반으로계량화된정확한 Process Time 산정가능이다. 생산성향상과실시간 Tracking 이다소연관이없을것같지만, 사실은모든생산성의향상은실시간 Tracking 결과의분석에서출발한다. 사실실시간 Tracking에서관리되는데이터만보더라도그기업의 MES 구축수준을바로파악할수있다. 스마트팩토리에서실시간 Tracking은각공정, 설비 94 계장기술
스마트팩토리기술동향및추진전략 Smart Factory 수준진단및컨설팅 변화관리 임직원의식개혁조직 / 프로세스차이극복신기술교육 업무프로세스 기준정보표준화업무별프로세스표준화 시스템표준화 양방향통신표준화 ID 자동인식표준화용기표준화 Smart Factory 추진과제도출및구현전략수립 Smart Factory 추진과제도출과제우선순위전략적중요성 / 실행용이성기준선정과제구현전략수립 Smart Factory Infra 구축 Smart Factory 단계적완성 끊임없는혁신체계구축 정보자동화 (Connectivity) 생산자동화 (Automation Analytics) 제조지능화 (Optimization) 단계별 Smart Factory 구현 [ 그림 7 : 스마트팩토리의단계별추진방안 ] 의모든작업행위에대하여이력이기록되고분석이된다. 선도기업에서는당연한내용인데, 아직이수준도구현되지못한곳이있는다는것이우리의현실이다. 정보자동화단계에서는생산실적중심의 Tracking 이구현되고, 설비의상태, WIP, Fool-Proof Check 수준으로관리가되고있으며, 작업일시, 생산계획정보, 작업자, 공정, 설비, Lot ID 등이관리된다. 그러나생산자동화단계에서는정보자동화에서관리되는이력정보외에자재 / 품질 / 설비데이터, Recipe, Tool&Jig 정보등이추가로 Tracking 되고, 설비제어와실시간의사결정가능한정보분석및빅데이터가구축된다. 제조지능화단계에서는실시간자율대응과 M2M이구현되어이상적인 CPS 구현단계가구축될수있으리라예상한다. 그리고세번째문의사항의추가적인답변은생산성및품질향상으로설비의추가적인증설없이생산성향상이다. 이는실시간 Tracking 기반으로설비 OEE 향상과설비비가동원인을정밀분석하여개선조치를하고, 설비효율상승의효과를도출한다. 또한 LOB을분석하여 UPH를향상시킬수있으며, Commonality 분석을통한품질이상발생원인을찾아내고, 문제해결에도움을줄수있다. 이러한개선효과들은설비효율을높이고, 공정낭비요소를제고하고, 품질을향상시켜생산량이증가하여도인력이나설비의추가도입없이운영이가능하다는의미이다. 끝으로아래 [ 그림 8] 예시와같이스마트팩토리를구축하면적시필요한제조정보제공으로현장대응력, 업무생산성향상및실시간의사결정기여를통한임직원의분석 / 업무해결능력향상의정성적인효과가있다. 이전까지단순한모니터링이아닌현장의상황을분석하여 Insight를제공하는지능적대시보드를제공하며, [ 그림 8] 의예시를해석하면다음과같다. 지금 A라인의 OEE가목표치에서 8.0 낮아졌습니다. 현상은 Performance가 5.0 낮아졌고, Quality도 3.0 떨어졌습니다. 주요원인은 Performance는 CNC 설비오일쿨러냉각기고장으로 3.2% 를점유했고, 조치가이드는냉각수보충및긴급 BM 진행을지시했습니다. 또한 Quality는최종검사조립불량증가가 1.1% 를점유했고, 조치가이드는작업자조립작업재교육을지시했습니다. 2017. 3 95
스마트팩토리구현을위한추진전략과기술동향 A Lien OEE Warning Target : Current : 95 95 94 90 5.0 96 93 3.0 Availability Performance Quality Performance Quality 원인 CNC 설비오일쿨러냉각기고장 : 3.2% 최종검사조립불량증가중 :1.1% 가이드 냉각수보충및긴급 BM 진행 작업자 ( 홍길동 ) 조립작업재교육조치 [ 그림 8 : Monitoring & Analysis] 즉, 정보를분석하여문제해결가이드를제공하며, 자동차네비게이션처럼정확한방향지시를한다. 3. 결론스마트팩토리를구축하는데있어중요한 3가지는다음과같다. 먼저스마트팩토리를설계하는것도, 데이터를이해하고분석을위한모델링을하는것도모두사람이며, 스마트팩토리를구축하고성공을하려면사람부터준비가되어있어야한다. 다음은아무리강조해도지나치지않는표준화이다. 마지막패러다임의변화는과학문명의 21세기에서는숙명이라고생각한다. 미래를위한준비가필요한시점이다. 스마트팩토리는사람이구축한다. < 참조문헌 > [ 그림 3 : 국내제조업스마트팩토리수준진단 ] - Smart Factory 수준진단, 산업통상자원부, 스마트 공장추진단 V2.0 (2015 년 10 월 ) 참조 - Miracom 자동화수준진단 : 미라콤자체 Smart Factory 수준진단모델, 설비자동화수준까지포함 스마트팩토리는표준화부터! 패러다임의변화, 미래를위한준비 MESA : Manufacturing Enterprise Solutions Association WIP : Work In Process [ 그림 9 : 스마트팩토리구축의 3 요소 ] 96 계장기술